摘要：埋地管道失效引起的突發(fā)事故會(huì)造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡和環(huán)境破壞，針對(duì)管道的事故可能性進(jìn)行評(píng)估，可以明確影響管道安全的主要因素，采取有效的措施減小事故的發(fā)生。基于安全評(píng)估思想和可靠的數(shù)學(xué)模型，對(duì)管道的腐蝕破壞、外力破壞和誤操作破壞進(jìn)行評(píng)估，對(duì)含缺陷管道進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)和剩余壽命預(yù)測(cè)，編制了基于GIS平臺(tái)的評(píng)估軟件“北京市埋地燃?xì)夤艿腊踩珷顩r評(píng)估系統(tǒng)”。利用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)及調(diào)查結(jié)果進(jìn)行安全狀況等級(jí)的評(píng)估，評(píng)估結(jié)論可靠，能直觀顯示管道的安全等級(jí)并提示薄弱環(huán)節(jié)，提供維護(hù)建議，對(duì)評(píng)估內(nèi)容和結(jié)果適時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞：安全狀況評(píng)估；腐蝕破壞；外力破壞；誤操作破壞；剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)；剩余壽命預(yù)測(cè)
Study on Gas Pipeline Safety Evaluation System
Beijing Gas Group，Co.，Ltd.，Beijing China Ma Ning，Xu Tong，
School of Material Science and Engineering，University of Science and Technology Cao Bei
Beijing ZhongFu Corrosion & Protection，Co.，Ltd.Li Chan，F(xiàn)u Shanlin
1 引言
??? 近年來，隨著北京市的城市建設(shè)向現(xiàn)代化、國際化方向發(fā)展，城市燃?xì)馐聵I(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)?，F(xiàn)北京市擁有燃?xì)夤芫€7000多km，每年以10%左右的速度發(fā)展。不同時(shí)代管線建設(shè)和運(yùn)行管理的技術(shù)水平存在差異，導(dǎo)致不同服役年限的管道安全狀況參差不齊。由于管道腐蝕、外力破壞、操作失誤等原因?qū)е碌母鞣N管道突發(fā)事故屢有發(fā)生，給搶修搶險(xiǎn)工作帶來很大壓力，也給燃?xì)獍踩a(chǎn)和城市公共安全造成極大威脅。因此，急需對(duì)北京市在役管道的健康和安全狀況做認(rèn)真細(xì)致的調(diào)查研究，以了解情況、發(fā)現(xiàn)問題、提出對(duì)策和解決問題，有效提高城市燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行的效率和效益。
2 項(xiàng)目介紹
2004年北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)提出立項(xiàng)開展“北京市埋地燃?xì)夤艿腊踩珷顩r評(píng)估系統(tǒng)”的研究。通過對(duì)2004年-2006年部分老舊管道更新改造工程的跟蹤測(cè)試、取樣分析、實(shí)驗(yàn)室研究等，大量采集數(shù)據(jù)和分析總結(jié)規(guī)律，對(duì)北京市不同服役時(shí)段的在役燃?xì)夤艿赖母g控制狀況、管體焊縫缺陷和管材適用性等方面做了研究和總結(jié)分析。根據(jù)國內(nèi)外管道安全評(píng)估技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，充分結(jié)合北京市的實(shí)際情況，開展了相關(guān)開發(fā)研究，完成了“北京市埋地燃?xì)夤艿腊踩珷顩r評(píng)估系統(tǒng)”的算法模型研究和軟件開發(fā)，經(jīng)過部分工程的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能。
該項(xiàng)目由北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)、北京中腐公司、北京科技大學(xué)、中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)等單位共同參加完成，組織了課題所涉專業(yè)如城市燃?xì)?、材料學(xué)、腐蝕與防護(hù)、安全評(píng)價(jià)、信息科學(xué)等領(lǐng)域的不同層次的數(shù)十位國內(nèi)知名專家和技術(shù)人員共同參與。項(xiàng)目組經(jīng)過兩年時(shí)間的辛勤勞動(dòng)和努力工作。密切跟蹤國內(nèi)外管道完整性評(píng)估技術(shù)的發(fā)展，并充分結(jié)合北京市燃?xì)夤艿肋\(yùn)行管理的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，成功研發(fā)了“北京市埋地燃?xì)夤艿腊踩珷顩r評(píng)估系統(tǒng)(Gas Pipeline Safety Evaluation System，GPSES-2006)”。
3 項(xiàng)目主要內(nèi)容
3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
對(duì)北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)2004年-2006年部分老舊管道更新改造工程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和取樣分析，主要包括：(1)管道土壤環(huán)境腐蝕性檢測(cè)分析：土壤類型、土壤電阻率、雜散電流、管地電位、氧化還原電位等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，土壤理化性能分析、土壤環(huán)境腐蝕性原位極化試驗(yàn)研究等方面。(2)防腐層狀況在線檢測(cè)：采用相關(guān)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)檢測(cè)評(píng)價(jià)在役埋地管道的防腐層運(yùn)行狀態(tài)和防腐層性能質(zhì)量，為防腐層直接評(píng)價(jià)提供依據(jù)。本項(xiàng)目采用C-SCAN、RD400-PCM、選頻變頻定量測(cè)試技術(shù)和SL-2088等完成相關(guān)檢測(cè)工作。(3)防腐層性能質(zhì)量探坑內(nèi)局部檢測(cè)分析：清理防腐層、外觀檢測(cè)及數(shù)碼照相、厚度檢測(cè)、附著力檢測(cè)等內(nèi)容。(4)管體腐蝕狀況檢測(cè)分析：管體剩余厚度檢測(cè)、管體腐蝕外觀檢測(cè)、管體腐蝕面積幾何尺寸測(cè)量和腐蝕產(chǎn)物分析等內(nèi)容。
經(jīng)過兩年多的緊張有序的工作，截止到2006年10月初，通過對(duì)30多個(gè)改造工程200多km管線的全面跟蹤檢測(cè)，對(duì)具備比較完備檢測(cè)條件、重點(diǎn)跟蹤檢測(cè)的具有代表性的29個(gè)改造工程約140km管線，進(jìn)行了數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計(jì)分析和分析評(píng)價(jià)。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析研究，總結(jié)了導(dǎo)致城市燃?xì)夤艿榔茐牡母鞣N原因，并從中提取部分代表性數(shù)據(jù)信息，為安全評(píng)估系統(tǒng)的研究開發(fā)提供數(shù)據(jù)信息資源支持。
3.2 管體焊縫缺陷檢測(cè)分析
結(jié)合30余項(xiàng)更新改造的管道工程項(xiàng)目，選擇不同使用年限、不同管徑的在役埋地天然氣管線現(xiàn)場(chǎng)管體取樣，對(duì)其管體對(duì)接焊縫及螺旋焊縫(包括部分直焊縫1進(jìn)行射線及超聲波無損檢測(cè)。無損檢測(cè)同時(shí)采用射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)兩種方法。射線檢測(cè)的目的是直觀評(píng)定不同年限施工的焊縫質(zhì)量，超聲波檢測(cè)目的是確定缺陷存在的深度范圍。共檢測(cè)約150km管道的300多個(gè)取樣管段，由于管道建設(shè)年代久遠(yuǎn)，運(yùn)行時(shí)間很長，焊縫質(zhì)量隱患較大，環(huán)焊縫和縱焊縫均存在較多缺陷，情況堪憂。
3.3 實(shí)驗(yàn)室分析
項(xiàng)目通過對(duì)200多km老舊管道的調(diào)研測(cè)試，采集了300多段管體樣本，對(duì)其中有代表性的60段開展了認(rèn)真細(xì)致的實(shí)驗(yàn)室研究分析，包括化學(xué)成分測(cè)定、硬度測(cè)試、金相試驗(yàn)、拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和材料斷裂韌性的測(cè)試等，積累了數(shù)萬個(gè)檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖形資料信息。
分析結(jié)果表明，某些管道焊縫處存在魏氏組織，直接影響到焊縫的力學(xué)性能，使焊縫變脆，成為在役管道較危險(xiǎn)的部位。焊縫夾雜較多，夾雜物主要是Si、Mn、Ti、S、Al等元素的含鐵氧化物。另外，管道的母材和焊縫的硬度值比較正常，基本符合材料使用標(biāo)準(zhǔn)。多數(shù)管道的沖擊韌性較差，韌脆轉(zhuǎn)變溫度相對(duì)較高，部分在0℃以上。部分管道的沖擊韌性不能滿足實(shí)際使用的要求。就同一根管道而言，其焊縫部位的沖擊韌性相對(duì)較差，可能成為管道服役過程中較脆弱部位。通過對(duì)焊縫探傷部位的驗(yàn)證試驗(yàn)，觀察到部分管道焊縫處存在較大缺陷，嚴(yán)重影響管道服役壽命，成為管道使用過程中的危險(xiǎn)點(diǎn)。
3.4 安全評(píng)估
引進(jìn)國際先進(jìn)的安全評(píng)估思想，結(jié)合北京市燃?xì)夤艿垃F(xiàn)狀，深入開展相關(guān)研究。對(duì)于城市燃?xì)夤艿?，提出管道的安全評(píng)估應(yīng)分為兩個(gè)方面，如圖1所示。
